一种基于三电平拓扑电路的五电平变频器控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于三电平拓扑电路的五电平变频器控制系统，适用于变频控制领域。

背景技术：

伴随着现代经济社会和电力工业的快速发展，水能、风能、太阳能、核能、海洋能等清洁能源在电源结构中的比重日益加大，电力系统调频问题以及负荷峰谷差矛盾日趋突出，也为电网调峰、调频和平稳安全运行带来相当程度的挑战。为了解决电网所面临的这些问题，抽水蓄能电站因其在电网中担当的削峰、填谷、调频、调相等独特角色，以及产生的巨大经济、生态等社会效益，而成为目前最为经济、有效的电力系统负荷调节手段。

抽水蓄能电站机组使用的动力设备是一种既可作发电机又可作电动机的三相凸极式同步发电电动机。当电网位于高峰负荷时段，抽水蓄能电站同步机组运行在发电机模式(发电状态)，为电网输送电能;当电网位于低谷负荷时段，抽水蓄能电站同步机组运行在电动机模式(水泵状态)，驱动水泵轮机或同轴水泵将下游水库的水泵至上游水库，将电能转换为势能储存备用。

同步发电电动机是众多交流电动机的一种。交流电动机是目前保有量最多的电动机，用于工业生产的电量大多数是通过交流电动机才得到使用的。交流电动机是将电能转换为机械能的重要电气设备，不仅必须按照生产工艺的需求来调节交流电动机的旋转速度，而且要求输出较高的机电能量转换效率。因此，交流电动机的调速性能在保证设备质量、提高工业生产率和节省能耗方面起到关键作用。配备有自动控制装置的交流电动机，就构成了交流传动调速系统。

与直流电动机相比，交流电动机具有组成简单、成本低廉、运行可靠、维护便捷、转动惯量小、输出效率高、使用条件不受限制等特点，但是一度受到技术原理上的限制。20世纪70年代以来，随着电力电子技术、计算机技术、微电子技术以及交流传动控制理论(如矢量控制、直接转矩控制、解耦控制等)的进一步发展，交流调速系统己经为工业生产、省电节能等领域带来巨大的经济效益，并且适用于特大容量或极高转速的电气传动系统。

技术实现要素：

本发明提供一种基于三电平拓扑电路的五电平变频器控制系统，提出了一种将H桥逆变器与中点钳位型三电平变频器相结合的混合型变频器，具有组成简单、控制灵活、运行可靠、谐波含量少的优点。

本发明所采用的技术方案是：

变频器控制系统将H桥逆变器与中点钳位型三电平变频器相结合的混合型变频器，主要由五电平变频器、H桥级联多电平变频器、变频起动实验系统组成。

所述五电平变频器的整流部分由6组二次侧移相变压器、6组二极管整流桥构成，形成3套彼此隔离的直流电源，五电平变频器的逆变部分由3套基于三电平拓扑电路的H桥逆变器构成。

所述基于三电平拓扑电路的五电平变频器主电路的每相桥臂由两个二极管钳位电路的三电平半桥结构并联而成，3个H桥按照星形接法连接，构成三相逆变器。n为中性点，a, b, c分别为三相逆变输出。每个H桥输出相电压为五电平，线电压为九电平。与相同电平数的中点钳位型三电平变频器和H桥变频器相比，这种结构避免了钳位二极管过多、独立电源过多的问题。

所述H桥级联多电平变频器中，每个单元均为H桥基本电路，每个基本电路由输入侧的直流电压源和输出侧的单相H桥逆变器组成。其中直流电源是相互独立的，通常可由移相变压器输出获得。通过控制变频器的各个功率开关器件，可以在输出侧获得频率和大小可控的电压波形;通过多个H桥基本电路的串联连接，可以在输出侧获得幅值更高、特性更好的电压波形，适用于特殊的应用场合。

所述变频起动实验系统的软件部分主要由DSP处理芯片程序和FPGA芯片程序组成。其中，DSP程序包括控制主程序、通讯协议、用户输入输出状态机、故障保护程序等部分，FPGA程序包括通信接口、脉冲分配、IGBT故障保护、外部I/O驱动、AD片选等部分。

本发明的有益效果是：提出了一种将H桥逆变器与中点钳位型三电平变频器相结合的混合型变频器，具有组成简单、控制灵活、运行可靠、谐波含量少的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的五电平变频器结构图。

图2是本发明的H桥级联多电平变频器电路。

图3是本发明H桥级联多电平变频器电路。

图4是本发明的变频起动系统程序设计流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，五电平变频器的整流部分由6组二次侧移相变压器、6组二极管整流桥构成，形成3套彼此隔离的直流电源;五电平变频器的逆变部分由3套基于三电平拓扑电路的H桥逆变器构成。

如图2, 基于三电平拓扑电路的五电平变频器主电路的每相桥臂由两个二极管钳位电路的三电平半桥结构并联而成，3个H桥按照星形接法连接，构成三相逆变器。n为中性点，a, b, c分别为三相逆变输出。每个H桥输出相电压为五电平，线电压为九电平。与相同电平数的中点钳位型三电平变频器和H桥变频器相比，这种结构避免了钳位二极管过多、独立电源过多的问题。

如图3，H桥级联多电平变频器中，每个单元均为H桥基本电路，每个基本电路由输入侧的直流电压源和输出侧的单相H桥逆变器组成。其中直流电源是相互独立的，通常可由移相变压器输出获得。通过控制变频器的各个功率开关器件，可以在输出侧获得频率和大小可控的电压波形;通过多个H桥基本电路的串联连接，可以在输出侧获得幅值更高、特性更好的电压波形，适用于特殊的应用场合。

如图4，变频起动实验系统的软件部分主要由DSP处理芯片程序和FPGA芯片程序组成。其中，DSP程序包括控制主程序、通讯协议、用户输入输出状态机、故障保护程序等部分，FPGA程序包括通信接口、脉冲分配、IGBT故障保护、外部I/O驱动、AD片选等部分。